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La minería es una industria contaminada; ¿Puede la nueva tecnología limpiarlo?

معدن یک صنعت آلوده است؛ آیا تکنولوژی جدید می‌تواند آن را پاک تر کند؟

En marzo, Joe Biden ordenó que se desviaran más recursos del gobierno para extraer los metales y minerales necesarios para las baterías de vehículos eléctricos (EV); Incluyendo níquel, cobalto, grafito y litio.

La orden del presidente aborda una de las realidades más controvertidas de las transiciones de energía verde: necesitamos más minería para cambiar de combustibles fósiles a energías renovables y vehículos eléctricos libres de carbono, un negocio que históricamente ha sido altamente contaminante.

La minería implica extraer el mineral del suelo, transportarlo a las plantas de procesamiento, triturarlo, separar y purificar los metales y, finalmente, eliminar los desechos. Se corta el terreno para dar paso a la mina y el equipo relacionado; Trabajo que a menudo usa cantidades significativas de energía y agua y produce contaminación del aire y desechos peligrosos.

Pero una variedad de tecnologías emergentes, desde la inteligencia artificial hasta el secuestro de carbono, pueden hacer que la extracción de minerales y metales vitales necesarios para la transferencia de energía sea más sostenible que en la actualidad.

Anticipándose a la creciente demanda de estos materiales a medida que el mundo pasa de los combustibles fósiles al sol, el viento y los vehículos eléctricos, ha surgido un nuevo interés por parte del gobierno de EE. UU. y el sector privado en la introducción de nuevas tecnologías en el mercado, y rápidamente.

La demanda de metales como el litio, el cobalto y el níquel aumentará a medida que los países avancen hacia las energías renovables y aumente la demanda mundial de tecnologías como los vehículos eléctricos. Pero la extracción de estos materiales tiene muchas impurezas.

Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) Nuevo reporte Sobre el apoyo a las cadenas de suministro para la transmisión de energía limpia, enfatizó la importancia del apoyo del gobierno federal a los métodos de extracción “ambientalmente sostenibles e innovadores” para materiales vitales.

Douglas Hollett, asesor especial del DOE sobre metales y minerales vitales, dice que el informe refleja la opinión de la organización de que la extracción de materiales vitales no se limita a encontrar y perforar los recursos necesarios.

extrayendo los datos

exploración minera
El método tradicional de exploración de minas consiste en cavar pequeños agujeros en el suelo y tomar muestras. Pero este método también tiene sus propias desventajas, y la tasa de éxito del descubrimiento de minas a través de este método es muy baja.

Mucho antes de que se construya una mina, se envían geólogos al sitio de la mina para cavar hoyos en el suelo y buscar depósitos de minerales valiosos.

La exploración suele ser la etapa menos perjudicial para el medio ambiente de la minería, pero aún se puede mejorar. Las nuevas empresas mineras pequeñas pero en crecimiento creen que pueden hacer esto mediante la extracción de datos.

Una de estas startups Metales Cobold (KoBold Metals) utiliza herramientas sofisticadas de ciencia de datos e inteligencia artificial (AI) para encontrar evidencia de depósitos metálicos en baterías en datos públicos e históricos masivos, así como datos recopilados en aplicaciones de campo basadas en AI.

Cobold planea aumentar la tasa de descubrimiento 20 veces en comparación con los métodos tradicionales de exploración de campo y reducir la cantidad de tierra manipulada para encontrar nuevos depósitos de mineral.

Exploración de minas con inteligencia artificial y estadísticas
Startups como Cobold Metals exploran la mina utilizando herramientas estadísticas e inteligencia artificial. Estos métodos pueden ser más efectivos que los métodos tradicionales. (Imagen: Metales Cobold)

Holly Bridgwater, geóloga exploratoria de la Australian Earth Science Innovation Company Unearthed, cree que el objetivo de Cobold es alcanzable dada la tasa actual de éxito en la exploración de minas: los geólogos estiman que hoy en día hay menos de 100 sitios mineros inspeccionados. .

Cobold realizará trabajo de campo este verano en varios sitios en Canadá y Zambia donde se han encontrado evidencias de níquel y cobalto. Pero el jefe de tecnología, Josh Goldman, dice que la compañía está “a dos años o más” de decidir el valor minero de los sitios.

Según Goldman, si la empresa puede utilizar la IA para descubrir minerales ocultos pero de alta calidad, puede reducir los efectos posteriores de la minería.

Suministro de energía renovable

Descubrir recursos de calidad puede reducir las pérdidas mineras, pero cualquier proceso de minería tradicional aún tendrá impactos ambientales significativos, especialmente en el clima. El transporte, la trituración y el procesamiento de la piedra consumen mucha energía; El sector minero es responsable del 6% de la demanda mundial de energía y del 22% de las emisiones mundiales de gases industriales.

Aunque muchas empresas mineras han comenzado a comprar electricidad renovable y algunas están experimentando con opciones de transporte alternativas, como los camiones de combustible de hidrógeno, el sector aún depende en gran medida de los combustibles fósiles para alimentar su maquinaria y equipo pesados.

Para al menos una sustancia vital, el litio, podría haber una forma más limpia.

mina de extracción de litio
La minería del litio es una de las industrias más contaminantes del mundo y consume mucha agua. Los científicos esperan reducir la extracción de litio y el consumo de agua mediante la extracción de litio de salmueras profundas.

La demanda mundial de litio, que se utiliza como portador de energía en baterías que van desde teléfonos inteligentes hasta vehículos eléctricos, podría multiplicarse por 40 para 2040 si el mundo pasa rápidamente de la gasolina a los vehículos eléctricos.

Durante décadas, los investigadores han estado estudiando la posibilidad de extraer litio de las salmueras geotérmicas; Aguas calientes y ricas en minerales que algunas plantas de energía geotérmica traen a la superficie para generar energía desde las profundidades del subsuelo.

Michael Whittaker, investigador del Centro de Investigación e Innovación de Recursos de Litio del DOE, dice que la idea es llevar a cabo todo el proceso de extracción de litio utilizando energía geotérmica libre de carbono.

La extracción de litio de las salmueras geotérmicas también tiene el potencial de utilizar mucha menos agua que las grandes piscinas de vapor y el aire libre, que se utilizan para concentrar el litio existente en aguas menos profundas debajo de las zonas salinas de Argentina y Chile.

Se deben eliminar grandes barreras antes de que se puedan extraer grandes cantidades de litio del proceso geotérmico.

Whitaker dice que el contenido de litio de las salmueras geotérmicas es relativamente más bajo que el de las alternativas sudamericanas. En las salmueras geotérmicas, otros elementos, como el sodio y el potasio, están presentes en concentraciones más altas que el litio e interfieren con el proceso de extracción.

Planta de energía geotérmica del mar de Salton
Planta de energía geotérmica de Salton. El agua caliente que esta central eléctrica levanta de las profundidades de la tierra es una fuente rica en litio.

Según Whitaker, las plantas de energía geotérmica ahora están trayendo rápidamente salmuera caliente a la superficie e inyectándola de regreso a las profundidades, donde no se puede extraer litio. Esto significa que no se puede generar ningún valor potencial a partir de este proceso.

A pesar de los desafíos técnicos y las barreras comerciales, el DOE y el sector privado ven perspectivas prometedoras en el enfoque geotérmico. Las estimaciones aproximadas, basadas en mediciones de la química y el volumen de salmuera, muestran que grandes cantidades de litio fluyen debajo de un lago muy salado en el sur de California llamado Salton Sea.

“Hay tanto litio debajo del submarino Salton que posiblemente podría satisfacer la demanda estadounidense de baterías para vehículos eléctricos a fines de esta década”, dijo Whitaker.

Extracción de residuos

Algunos investigadores y empresarios creen que los recursos necesarios para transferir energía se encuentran en los desechos de minas antiguas y abandonadas.

Nth Cycle es una startup que ha desarrollado tecnología para extraer metales de baterías como cobalto, níquel y manganeso de desechos mineros, minerales de baja ley y tecnologías fallidas como baterías EV.

La tecnología central de la startup, llamada “electroextracción”, no utiliza ninguno de los productos químicos fuertes ni los hornos de alta temperatura de las operaciones mineras tradicionales, solo electricidad, que puede obtenerse de fuentes renovables.

Los metales seleccionados se separan de las rocas compactadas y los líquidos al pasar por los desechos mineros de un conjunto de filtros eléctricos a base de carbón.

Residuos de mina
Los materiales que se vierten en las minas como desechos en realidad contienen trazas de metales. Startups como Nth Cycle pretenden extraer estos metales con sus nuevas tecnologías.

Megan O’Connor, fundadora y directora ejecutiva de la startup, dice que los sistemas de filtración de 30 pies cuadrados de la empresa se pueden trasladar a sitios mineros.

Según la empresa, allí pueden separar el 95% de los metales restantes de los materiales que se consideran residuos. La empresa, que recaudó 12,5 millones de dólares en febrero de este año, tiene previsto presentar su primer cliente a finales de este año.

Durante casi una década, el DOE ha estado explorando la posibilidad de extraer metales raros, un grupo de elementos metálicos reactivos utilizados en turbinas eólicas marinas, motores EV y semiconductores, a partir de desechos de minas de carbón, como cenizas de carbón.

En febrero, el departamento anunció un plan de $140 millones para instalar equipos de extracción y separación para demostrar la idea a escala comercial. Holt describió el proyecto como una oportunidad emocionante para ver si cientos de sitios críticos de desechos de carbón podrían producir algo de valor.

carbonatación profunda

rastro de la mina
Residuos mineros tóxicos, rastro, pueden entrar en contacto con el aire CO2 absorberlo. Los científicos creen que esta característica hace que estas secuencias muy peligrosas sean materiales valiosos para la sostenibilidad ambiental de las minas.

Después de que los mineros retiran todo lo valioso de las rocas, los desechos a menudo tóxicos, llamados relaves, generalmente se entierran en el vertedero. Sin embargo, si las operaciones mineras se llevan a cabo en ciertas rocas, rocas ultramáficas, que tienen un alto contenido de manganeso y alcalinidad, estas secuencias tienen el potencial de absorber carbono del aire.

Greg Dipple, profesor de geología en la Universidad de Columbia Británica, dice:2 Se absorben de la atmósfera y se transforman en minerales sólidos. “Esta es la forma más sostenible de almacenamiento de carbono”.

La investigación de Dipple ha demostrado que las secuencias de minerales metamórficos por sí solas pueden producir decenas de miles de toneladas de CO por año.2 Separado de la atmósfera. Pero dice que el proceso se puede triplicar o cuadruplicar con algunas intervenciones simples y de bajo costo; Por ejemplo, removiendo las huellas para exponer las rocas al aire y agregando o eliminando agua en los desechos en polvo.

Dipple cree que, junto con el uso de energías renovables e hidrógeno o vehículos eléctricos, esta forma de carbonatación tiene el potencial de hacer que las minas sean CO2 negativas.2 Absorbido del aire es más de lo que producen.

En 2021, Dipple et al. Minerales de carabina (Carbina Minerales); Una startup que pretende comercializar su tecnología.

Carbine Minerals, que se enfoca en trabajar con mineros de níquel que trabajan en rocas metamórficas, está trabajando actualmente en un acuerdo de varias minas. En abril, esta startup es una de 15 ganadores revolucionarios La competencia de eliminación de carbono XPRIZE lleva el nombre de Ilan Mask.

Lo más estable posible

Energía renovable limpia
La transferencia a energía limpia no es posible sin la extracción sostenible de materiales necesarios para construir equipos renovables.

Si bien las nuevas tecnologías prometen que las futuras minas pueden ser mucho más sostenibles desde el punto de vista ambiental, muchas de ellas están a años de ser utilizadas a escala comercial, si es que es posible en la práctica.

Y los enfoques de minería más limpia son solo una pieza del rompecabezas: también debemos avanzar en el reciclaje de metales de paneles solares, baterías de vehículos eléctricos y otras tecnologías fallidas para reducir la necesidad de minería.

Por último, se necesitan normas y reglamentos más estrictos para garantizar que cuando se necesite minería para satisfacer la creciente demanda de metales, se haga con el consentimiento de las comunidades locales y de manera que las beneficie directamente.

Si bien el impacto de la minería nunca es cero, Bridgetwater dice que la industria puede hacerlo mejor y es responsable de intentarlo.

“Básicamente, la minería significa extraer metales”, dice Bridgetwater. Siempre se necesita energía para hacer esto; Siempre hay alguna huella en este trabajo. “Nuestro objetivo es ser lo más sostenible posible”.

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